Перед вами место, которое, возможно, ответит на вопрос – как

Кровавый водопад
рассказал о жизни
на замёрзшей Земле
17 апреля 2009
membrana
Перед вами место, которое, возможно, ответит на
вопрос – как устроена жизнь на планетах, не
столь благоприятных, как Земля, какие реакции
движут ею? (фото Benjamin Urmston)
Антарктика преподнесла учёным сюрприз: как выяснилось, в одной из скрытых полостей,
герметично запечатанной 400-метровым слоем льда, уже два миллиона лет спокойно живут
бактерии. Без доступа света и при полном отсутствии кислорода. Открытие (и его
объяснение) поможет исследователям по-новому взглянуть на приспособляемость жизни к
экстремальным условиям, в частности — случавшимся в далёком прошлом нашей планеты, а
заодно и на возможность существования микроорганизмов на Марсе или Европе.
Сенсационную весть принесли Джилл Микуки (Jill Mikucki) из Дартмутского колледжа (Dartmouth College)
и её коллеги из ряда других институтов и университетов, проведшие не один сезон в изучении
"Кровавого водопада" (Blood Falls). Этот сравнительно небольшой выход жидкого рассола по трещине,
ведущей глубоко под ледник Тейлора (Taylor Glacier), получил своё имя из-за красно-рыжего цвета, о
происхождении которого нужно будет сказать особо.
Завершив шестилетний сбор проб из этого источника (спорадически включающегося и
выключающегося), учёные установили — вода поднимает из глубин земли живые микроорганизмы,
которые были заперты в скрытом резервуаре 1,5-2 миллиона лет.
"Кровавый водопад" в долине Тейлора (фото Chris Gardner)
О существовании жизни в подлёдных озёрах Антарктики учёные рассуждают с 1960-х годов, но точно
установить этот факт мешали два обстоятельства — необходимость бурения сотен метров, а то и
километров льда и опасения по поводу заражения уникальных закрытых экосистем "внешними"
бактериями. Потому в том же легендарном озере Восток учёные всё "топчутся" на месте, хотя следы
микроорганизмов там давно найдены, ещё на подходе скважины к границе лёд-вода.
Blood Falls же предоставил биологам уникальную возможность получить в свои руки образцы воды с
огромной глубины без риска заражения "секретного" оазиса, спрятанного в одной из сухих долин
Антарктиды. И вот теперь объявлено сразу о нескольких открытиях.
Генетический анализ показал — под толщей ледника Тейлора живут 17 различных видов
микроорганизмов. "Это немного похоже на находку леса, который никто не видел в течение полутора
миллионов лет, — говорит одна из участниц исследования Энн Пирсон (Ann Pearson) из Гарварда
(Harvard University), — Интригующе то, что эти виды во многом аналогичны современным организмам и в
то же время совершенно отличны от них. Что, несомненно, есть результат проживания в таких суровых
условиях столь длительное время".
Исследование, которое возглавила Микуки (на снимке), финансировали Национальный научный фонд США
(NSF), NASA и организация Harvards Microbial Sciences Initiative (фото Jill Mikucki).
Одно из условий — отсутствие растворённого в воде кислорода — показал химанализ проб. "Это был
тот момент, когда впору кричать "Эврика!" — говорит Микуки. Дальше начался настоящий детектив.
Во-первых, генетический анализ бактерий показал, что они родственны известным бактериям, которые
используют для дыхания сульфат. Но изотопный анализ кислорода в сульфате (который также в
изобилии присутствовал в воде из "Кровавого водопада") привёл учёных к выводу, что подлёдные
микроорганизмы, хотя и используют данное соединение в своих нуждах, — вовсе не дышат им. А чем
тогда?
Ответ подсказал цвет водопада. Ещё раньше исследователи установили, что за рыжий оттенок
отвечает ржавчина: вода, выходящая из ледяной трещины на божий свет, оказалась чрезвычайно
богата растворимым двухвалентным железом, которое тут же окисляется, соединяясь с кислородом
воздуха.
А двухвалентное железо там могло появиться, только если его поставляли микроорганизмы,
конвертируя из трёхвалентного железа, нерастворимого в воде.
Спутниковый снимок места действия, стрелкой помечен замороженный и время от времени включающийся
водопад (фото NASA).
Таким образом, сформировалась стройная картина: 1,5-2 миллиона лет назад на этом месте был фьорд.
Когда началось оледенение, уровень моря упал и сравнительно небольшой водоём на континенте
оказался запечатан сверху мощным ледником.
Микробы же, попавшие в западню, "не растерялись". Они всё это время жили, перерабатывая остатки
органики, запертой вместе с ними, причём дышали они железом из окружающих пород (вместо
кислорода) при содействии сульфата в качестве катализатора.
(Вся биогеохимия этого сообщества расписана в статье авторов открытия в Science, а некоторые
детали — в пресс-релизе Дартмутского колледжа.)
Такой цикл учёные уже воспроизводили в лаборатории, но никогда не наблюдали в природе.
"Этот солёный пруд является капсулой времени, — радуется Джилл. — Я не знаю другой такой среды
на Земле".
Точный размер скрытого водоёма — неизвестен. Но предполагается, что он спрятан от солнца почти
полукилометровой толщей льда, а тянется на расстояние почти четыре километра.
Микуки за сбором проб из "Кровавого водопада" (фото Jill Mikucki).
Выживание бактерий в таком негостеприимном месте вновь подняло в научной среде тему "Землиснежка" (Snowball Earth), то есть гипотезы глобального оледенения, произошедшего порядка 650-700
миллионов лет назад и оставившего после себя ряд геологических "примет".
Учёные давно спорят — было ли то оледенение полным (по некоторым оценкам, буквально вся
Земля — от полюса до полюса — превратилась тогда в единый ледяной шарик, позже её вернули к
жизни вулканизм и выбрасываемый в атмосферу в углекислый газ) или кое-где оставались открытые
участки океана. Спорят и о силе, и даже продолжительности оледенения (есть версия, что оно
состояло из нескольких "частей", перемежавшихся паузами-оттепелями). Так или иначе, но один из
самых интригующих вопросов — как жизнь на Земле не оборвалась в эту эпоху?
На этот вопрос есть несколько теоретических ответов, и вполне возможно, тогда сработало сразу
несколько "схем" выживания. Но микробы из Blood Falls — это не просто ответ, а натурная модель
такого процесса адаптации к ледяному плену, пусть ловушка в Антарктике захлопнулась намного
ближе к нашему времени.
Учёные давно соотносят гипотетическую подлёдную биосферу Антарктиды (на этом континенте
имеются не только скрытые миллионы лет назад озёра, но целые изолированные реки) с
потенциальным способом сохранения жизни в куда более раннюю эпоху — то есть в криогенийский
период.
Теперь таких "специалистов по выживанию" можно буквально пощупать.
В криогенийский период похолодание зашло очень далеко. Увеличивающийся рост льда на полюсах
повышал альбедо планеты, что приводило к её дальнейшему охлаждению. А ещё заморозка воды
приводила к падению числа облаков, что также снижает температуру.
После того как всё окончательно замёрзло и фотосинтез почти или полностью замер, начать обратный
процесс разогрева смогли только вулканы, за счёт которых в атмосфере накопилось огромное количество
углекислого газа (в 350 раз больше, чем сейчас, – до 13% атмосферы), а также метана – их нечему было
усваивать. За миллион лет парниковых газов набралось достаточно, чтобы запустить процесс разморозки,
на который ушло, предположительно, всего 1000 лет. В этот момент жизнь испытала мощный всплеск, что
за несколько следующих тысячелетий снова изменило атмосферу (вернуло ей кислород и убрало лишний
CO2) (кадры BBC).
А ещё бактерии из-под ледника Тейлора являют собой живой пример микроорганизмов, которые могли
бы развиться в суровых условиях Марса и Европы. И не первый такой пример, заметим.
Приспособляемость и вариативность бактерий — потрясает.
Ведь обнаружили же учёные жизнь в толще пород под морским дном и в глубочайшей "золотой" шахте.
Про экстремофилов из чёрных курильщиков и говорить нечего. В общем, там, где нет фотосинтеза, жизнь
находит иные пути для включения энергетических цепочек. И не зря прототипы роботов, которые
должны искать микробов на обледенелом юпитерианском спутнике, исследователи намерены
тестировать именно в Антарктике, в частности, в вечно покрытом льдом озере Бонни (Lake Bonney),
как раз связанном с ледником Тейлора.
Аналогично можно сказать, что пример бактерий из Blood Falls показывает возможность сохранения
жизни не только в далёком прошлом, но и в очень далёком будущем — какие бы потрясения климата
нашу планету ни ждали. Пусть перемены эти могут быть не такими быстрыми, как пресловутое
глобальное потепление. (О многократной сборке-разборке континентов и её связи с климатом планеты
мы детально рассказывали).
"Я думаю, что это фантастическое исследование, — говорит Алан Кауфман (Alan Kaufman),
биогеохимик из университета Мэриленда (University of Maryland), прокомментировавший работу Джилл. —
Оно показывает впечатляющие новые условия, которые мы можем изучить, чтобы понять "жизнь на
грани".
"Такое место, как это, есть, вероятно, самый близкий аналог условий для жизни подо льдами Марса,
какой мы только можем найти", — вторит ему гляциолог Славек Тулачик (Slawek Tulaczyk) из
университета Калифорнии (University of California, Santa Cruz).
Экстремофилы (Extremophile) – очень разнообразны. Одним нипочём темнота и холод, другим – жуткая
жара, как бактериям в горячих ключах Йеллоустоуна (фото Jim Peaco, National Park Service).
А ведь ещё существуют бактерии, устойчивые к колоссальной радиации, жуткой солёности, сильному
ультрафиолету, "почти космосу" и сильно щелочной среде.
Жизнь в экстремальном холоде и жизнь в кипятке, жизнь в солях и подкислённой среде, жизнь без
кислорода — чего ещё изволите? Природа богата на выдумки. Такие мысли приходят после
ознакомления с открытием Микуки и её соратников. И кто после этого будет сомневаться, что жизнь
возможна и вне Земли?
http://www.membrana.ru/articles/global/2009/04/17/174200.html